不同時(shí)期追施氮肥對(duì)谷子穗分化期株高與生物量動(dòng)態(tài)變化的影響

段宏凱， 王宏富， 魚冰星， 楊 健， 原向陽(yáng)， 董淑琦， 郭平毅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801)

隨著全球性糧食資源的匱乏，人們對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)日趨重視[1-2]，谷子作為北方飲食習(xí)慣中必不可少的食物而備受人們重視[3]。因此，谷子的生長(zhǎng)過(guò)程、品質(zhì)、產(chǎn)量一直是研究重點(diǎn)。在谷子生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，肥料起著非常重要的作用，缺乏肥料，會(huì)使谷子出現(xiàn)生長(zhǎng)矮小、發(fā)育不良等狀況，其結(jié)果必然會(huì)影響到谷子植株的株高與生物量積累[4-6]。

氮肥在谷子生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有重要作用，在很大程度上影響谷子發(fā)育過(guò)程中株高的動(dòng)態(tài)變化和生物量的動(dòng)態(tài)積累過(guò)程[7-9]。目前為止，眾多學(xué)者在肥料對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育等方面進(jìn)行了大量的探索與研究[10-12]，曾蓉通過(guò)對(duì)谷子形態(tài)特征及多種生理指標(biāo)的分析，對(duì)在拔節(jié)期與孕穗期應(yīng)追施多少氮肥進(jìn)行了研究[13]；代小東等通過(guò)追肥增加了谷子頂3葉葉面積，從而提高谷子產(chǎn)量[14-16]；王艷玲等發(fā)現(xiàn)施用氮肥可以很明顯地改善谷子的產(chǎn)量相關(guān)性狀，并且可以明顯提高籽粒產(chǎn)量，而且隨著氮肥施用量的增加，產(chǎn)量有明顯的增加趨勢(shì)[17-19]。秦嶺等研究中指出，張雜谷5號(hào)的產(chǎn)量隨施氮水平的增加而迅速增長(zhǎng)，當(dāng)施氮水平超過(guò)一定值后開始緩慢下降[20-22]；張謹(jǐn)華等研究表明，逐漸提高谷子氮肥的施用量，谷子光合速率及產(chǎn)量的變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為先升后降[23]。因此，要綜合提高谷子產(chǎn)量與品質(zhì)，發(fā)揮其生產(chǎn)潛力，必須要制定適當(dāng)?shù)淖贩始夹g(shù)[24]，適當(dāng)?shù)淖贩始夹g(shù)能夠通過(guò)合理調(diào)節(jié)谷子的群體生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)積累分配特點(diǎn)從而提高谷子產(chǎn)量與品質(zhì)[25]。

前人在氮肥以及氮磷鉀的協(xié)同互促作用對(duì)谷子產(chǎn)量方面的影響進(jìn)行了大量研究，基本上集中在不同處理對(duì)谷子成熟后株高的影響，但對(duì)追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥時(shí)期對(duì)幼穗分化時(shí)期谷子株高、根系干質(zhì)量、莖稈干質(zhì)量、葉片干質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化影響及其相互關(guān)聯(lián)程度的研究還鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)就追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥時(shí)期對(duì)旱薄地幼穗分化期谷子株高、根系干質(zhì)量、葉片干質(zhì)量、莖稈干質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化及相關(guān)關(guān)系設(shè)計(jì)試驗(yàn)并展開研究，分析谷子株高在幼穗分化期的變化特點(diǎn)及各部分干質(zhì)量的變化規(guī)律，從而確定氮肥的最佳施用時(shí)期，提高氮肥的利用效率，同時(shí)為旱地谷子的精確定量栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

試驗(yàn)于2015年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)基地位于山西省中部(112.34°E，37.25°N)，平均海拔 800 m，年均降水量471.9 mm，年平均氣溫9.7～10.5 ℃，無(wú)霜期176 d，為典型的大陸性季風(fēng)氣候。土壤為輕度沙壤土，于2015年4月25日測(cè)得土壤中有機(jī)質(zhì)含量為25.868 g/kg、全氮含量為1.949 g/kg、速效氮含量為152.4 mg/kg、有效磷含量為60.5 mg/kg、有效鉀含量為151.1 mg/kg，pH值7.77。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用谷子品種為晉谷21號(hào)，尿素作為肥料。

1.3 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)開始于2015年6月上旬，種植制度為一年一熟制。出苗(6月16日)后10 d開始追肥。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：T0(空白對(duì)照)、T1(出苗期追肥)、T2(分蘗期追肥)、T3(拔節(jié)期追肥)、T4(抽穗期追肥)，每個(gè)處理重復(fù)3次。小區(qū)面積為 18 m2(3 m×6 m)，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，等行距條播不覆膜種植，播種密度為30萬(wàn)/hm2。6月5日播種，9月30日收獲。所用肥料為尿素，追肥量為450 kg/hm2。

1.4 取樣方法

植株形態(tài)測(cè)定：從幼穗分化開始，每隔2 d取1次樣，測(cè)定植株的株高、莖粗、全展葉張數(shù)、根系干質(zhì)量、葉片干質(zhì)量、莖稈干質(zhì)量及產(chǎn)量。

株高：用直尺測(cè)定距根部最近的節(jié)間至最長(zhǎng)葉葉尖的長(zhǎng)度，cm。

根系、地上部(葉片、莖稈)干質(zhì)量的稱量方法：將0～30 cm 土層內(nèi)的根連土挖起，將其中的根全部揀出，用水洗凈根部泥土，常規(guī)方法烘干，然后測(cè)定每株地下部分(根系)、地上部分(葉片、莖稈)干質(zhì)量，用電子天平稱量。每個(gè)處理重復(fù)3次。

產(chǎn)量的計(jì)算方法：每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株考種，得出每株產(chǎn)量，然后計(jì)算其平均每株產(chǎn)量，再與留苗數(shù)相乘得出小區(qū)產(chǎn)量，最后折合成每公頃產(chǎn)量。

總干質(zhì)量=根系干質(zhì)量+葉片干質(zhì)量+莖稈干質(zhì)量。

地上干質(zhì)量/地下干質(zhì)量=(莖稈干質(zhì)量+葉片干質(zhì)量)/根系干質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納整理，用DPS 7.05對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。差異顯著性檢驗(yàn)采用Duncan’s法，顯著性水平為0.05，極顯著水平為0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對(duì)谷子幼穗分化期株高的影響

幼穗各時(shí)期分化時(shí)間見表1。由圖1-a可知，追肥對(duì)谷子生長(zhǎng)過(guò)程中的株高變化有顯著影響，7月9日時(shí)T0、T3、T4與T1、T2之間差異達(dá)到顯著性水平，T4處理在8月8—17日的日平均株高增長(zhǎng)率在2.98%，顯著高于同期其他處理。不同時(shí)期追肥對(duì)谷子農(nóng)藝性狀穩(wěn)定后的株高有顯著影響，T2處理的株高顯著低于其他處理。谷子的株高變化率呈現(xiàn)雙“S”形增長(zhǎng)，7月9—24日的日平均株高增長(zhǎng)率為10%～15%，7月24日至8月2日的日平均株高增長(zhǎng)率為2.0%～3.8%，8月2—8日的日平均株高增長(zhǎng)率為7.15%～9.32%，8月8—17日的日平均株高增長(zhǎng)率在1%左右。追肥后谷子在不同時(shí)間段株高變化情況不同，追肥后10 d左右谷子株高增長(zhǎng)率小于對(duì)照處理，T3在7月9—24日的日平均株高增長(zhǎng)率為9.95%，顯著低于T0(12.61%)，T4在8月2—8日的日平均株高增長(zhǎng)率為6.42%，顯著低于T0(9.33%)。追肥后20 d左右株高增長(zhǎng)效果最明顯，T1在7月9—24日的日平均株高增長(zhǎng)率為17.28%，顯著高于T0(12.61%)，T4在8月8—17日的日平均株高增長(zhǎng)率為 2.98%，顯著高于T0(1.05%)。追肥1個(gè)月后株高增長(zhǎng)幅度較對(duì)照變小，T1在7月24日至8月2日的日平均株高增長(zhǎng)率為2.24%，顯著低于T0(2.79%)，T2在8月2—8日的日平均株高增長(zhǎng)率為7.14%，顯著低于T0的9.33%。

表1 幼穗各時(shí)期分化時(shí)間 月-日

2.2 各處理對(duì)谷子幼穗分化期總干質(zhì)量的影響

由圖1-b可知，追肥的日均增長(zhǎng)率均比不追肥的高。T0處理在幼穗分化期各個(gè)階段的日平均增長(zhǎng)率呈逐漸降低趨勢(shì)，且在最后一階段呈現(xiàn)負(fù)值(-0.17%)；T1處理在幼穗分化期的日平均總干質(zhì)量增長(zhǎng)率在一級(jí)枝梗至二級(jí)枝梗分化期達(dá)到最大值(25.16%)后下降，但在幼穗分化期的最后階段日平均總干物質(zhì)增長(zhǎng)率為11.39%，顯著高于同期其他處理；T2處理在幼穗分化期的第一階段(生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期至一級(jí)枝梗分化期)達(dá)到最大日平均總干物質(zhì)增長(zhǎng)率(48.37%)后呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，且在最后一階段為-2.82%，顯著低于同期其他處理。T3、T4處理均在第二階段時(shí)出現(xiàn)最大日平均總干質(zhì)量增長(zhǎng)率，隨后增長(zhǎng)率開始顯著下降，在最后一階段T3處理的總干質(zhì)量開始下降，T4處理的總干質(zhì)量增長(zhǎng)明顯放緩。

2.3 各處理對(duì)谷子幼穗分化期地上干質(zhì)量/地下干質(zhì)量的影響

由圖1-c可知，谷子在幼穗分化期地上與地下干質(zhì)量的比值中，各處理在三級(jí)枝梗分化期至小花分化期始終處于一個(gè)逐漸減小的趨勢(shì)。T0處理在幼穗分化期各個(gè)階段的比值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，且在最后一階段為6.50，顯著高于同期其他處理。T1處理在幼穗分化期的地上干質(zhì)量/地下干質(zhì)量在二級(jí)枝梗分化期至三級(jí)枝梗分化期達(dá)到最大值(8.22)后下降。T2處理在幼穗分化期的一級(jí)枝梗分化期至三級(jí)枝梗分化期的比值維持在7.57～7.93的高位，之后開始下降。T3處理只在幼穗分化期中一級(jí)枝梗分化期至二級(jí)枝梗分化期的日平均增長(zhǎng)率為正值，其余階段均為負(fù)值。T4處理由于對(duì)地上部分的促進(jìn)作用大于地下部分，出現(xiàn)了幼穗期地上/地下干質(zhì)量的最大日平均增長(zhǎng)率，但由于后期對(duì)地下部分的促進(jìn)作用大于對(duì)地上部分，再加上營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移，造成了地上干質(zhì)量/地下干質(zhì)量的日平均增長(zhǎng)率最小。

2.4 各處理對(duì)谷子幼穗分化期根系干質(zhì)量的影響

由圖2-a可見，T0處理下在幼穗分化的各階段根系干質(zhì)量的日平均增長(zhǎng)率均降低，在小穗剛毛分化期至小花分化期的根系日平均增長(zhǎng)率為-2.55%，說(shuō)明此時(shí)根系的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)開始上移，為灌漿期做準(zhǔn)備，為籽粒提供營(yíng)養(yǎng)。T1處理在幼穗分化期各個(gè)階段的日平均增長(zhǎng)率基本沒(méi)有變化，在幼穗分化最后階段的日平均根系干質(zhì)量增長(zhǎng)率仍處于23.94% 的高增長(zhǎng)率，為其高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。T2處理的總?cè)掌骄鲩L(zhǎng)率為77.25%，較其他處理達(dá)到了顯著性差異，在最后一個(gè)階段的日平均增長(zhǎng)率呈現(xiàn)負(fù)值，為-1.36%。T3、T4處理在幼穗分化期均出現(xiàn)了由于追肥后先減緩后促進(jìn)其增長(zhǎng)的現(xiàn)象，且最后一個(gè)階段均為正值，相比T2處理有增產(chǎn)的潛能。T4處理在二級(jí)枝梗分化期追肥，明顯促進(jìn)了三級(jí)枝梗分化期至小花分化期，使其在幼穗分化期的總?cè)掌骄蹈少|(zhì)量增長(zhǎng)率顯著高于同期其他處理。

2.5 各處理對(duì)谷子幼穗分化期葉片干質(zhì)量的影響

從圖2-b可以看出，T0處理在幼穗分化各階段的葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率是逐步降低的，在幼穗分化期最后階段的日平均葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率為-0.67%，說(shuō)明葉片中的有機(jī)物質(zhì)在轉(zhuǎn)移。T1處理下各階段的日平均增長(zhǎng)率均為正值，在幼穗分化期最后一階段的增長(zhǎng)率為10.57%，顯著高于同期其他處理。T2處理由于追施氮肥的促進(jìn)作用使其在生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期至一級(jí)枝梗分化期的日平均葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率(46.41%)顯著高于同期其他處理，在幼穗分化期最后一個(gè)階段的日平均葉片增長(zhǎng)率為-3.00%，說(shuō)明T2處理中葉片的有機(jī)物質(zhì)在此時(shí)已經(jīng)開始大量轉(zhuǎn)移，其葉片的衰老速率較快。T3、T4處理在一級(jí)枝梗分化期至二級(jí)枝梗分化期的日平均葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率均達(dá)到49%以上。各處理在幼穗分化期的總平均葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率隨著施肥時(shí)期的推遲而增長(zhǎng)，施肥處理能夠顯著提高葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率。

2.6 各處理對(duì)谷子幼穗分化期莖稈干質(zhì)量的影響

從圖2-c可以看出，T0處理的莖稈干質(zhì)量在幼穗分化期各個(gè)階段的日平均增長(zhǎng)率逐漸降低，在最后一個(gè)階段的增長(zhǎng)率明顯放緩，僅為0.92%。T1處理各階段的日平均增長(zhǎng)率在一級(jí)枝梗分化期至二級(jí)枝梗分化期達(dá)到最大值，為30.32%，之后開始下降，總平均莖稈干質(zhì)量增長(zhǎng)率為79.82%，在各處理中最低，但在最后階段仍維持在6.92%，說(shuō)明T1處理有利于為籽粒灌漿提供充足的養(yǎng)分。T2處理的日平均莖稈干質(zhì)量增長(zhǎng)率始終在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，T2、T3、T4處理在幼穗分化期的最后階段莖稈干質(zhì)量日平均增長(zhǎng)率呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，以T3負(fù)增長(zhǎng)率最高，為-4.60%。T3、T4處理均在一級(jí)枝梗分化期至二級(jí)枝梗分化期的日平均莖稈干質(zhì)量增長(zhǎng)率最高，且以后各階段增長(zhǎng)率均降低，其總平均增長(zhǎng)率均高于其他各處理，以T3處理在幼穗分化期莖稈干質(zhì)量的總?cè)掌骄鲩L(zhǎng)率最高，為104.97%。

2.7 試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證

為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)用性，于2016月6月上旬播種谷子，出苗后10 d追肥，每隔10 d設(shè)置1個(gè)施肥處理，共設(shè)置4個(gè)不同時(shí)期追肥的處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。分別調(diào)查各處理在拔節(jié)期、孕穗期、三級(jí)枝梗分化期至小穗分化期、小花開花期、灌漿期的株高，得出幼穗分化期的株高日平均增長(zhǎng)率分別為11.64%、3.67%、5.68%、3.82%，也呈現(xiàn)出快—慢—快—慢的特點(diǎn)。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)中分5個(gè)時(shí)期調(diào)查幼穗分化期株高的變化情況，7月9日處于谷子的拔節(jié)期，是幼穗分化的前一階段，7月24日為孕穗期，是幼穗分化時(shí)期的一級(jí)枝梗分化期，8月2日為幼穗分化期小穗剛毛分化期，8月8日為小花分化期，8月17日為灌漿期。日平均株高增長(zhǎng)率呈現(xiàn)快—慢—快—慢的特點(diǎn)，使得株高的增長(zhǎng)曲線擬合成具有雙“S”形的特點(diǎn)。其中7月9—24日是本試驗(yàn)中谷子的拔節(jié)期，是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)最為旺盛的時(shí)期，株高在此時(shí)的增長(zhǎng)率會(huì)相對(duì)較高；8月2—8日是本試驗(yàn)中谷子的孕穗末期，生物量開始緩慢減少，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)開始向籽粒中轉(zhuǎn)移，此時(shí)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)較前一階段放緩，進(jìn)入谷子營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的最后一個(gè)時(shí)期，株高的日平均增長(zhǎng)率較前一階段相應(yīng)提高一些；8月8—17日的日平均株高增長(zhǎng)率較低，可能是因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)進(jìn)入生殖生長(zhǎng)時(shí)期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)已經(jīng)基本停止，谷子全面進(jìn)入灌漿期，株高的增長(zhǎng)率變得較為緩慢，出現(xiàn)了較低的日平均株高增長(zhǎng)率。

7月24日至8月2日日平均株高增長(zhǎng)率較低，可能是由于此時(shí)處于一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期，是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的并進(jìn)時(shí)期。幼穗分化期中葉片干質(zhì)量、莖稈干質(zhì)量以及根系干質(zhì)量的增長(zhǎng)量均是在此段時(shí)間內(nèi)完成的。而且，幼穗分化期中一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期的各部分生物量增加值與生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期相應(yīng)各部分生物量的比值較大。首先，各處理的根系干質(zhì)量在幼穗分化期的一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長(zhǎng)的量與生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期的根系干質(zhì)量的比值范圍為8.33～18.63，T2處理最低，T4處理可能是由于7月26日追施氮肥對(duì)此期的根系干質(zhì)量促進(jìn)作用顯著高于其他處理。其次，各處理的葉片干質(zhì)量在幼穗分化期的一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長(zhǎng)的量與生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期葉片干質(zhì)量的比值范圍4.77～7.70，同樣以T2處理最低，T4處理可能也是由于7月26日追施氮肥后顯著提高其葉片干質(zhì)量增長(zhǎng)率。再次，各處理的莖稈干質(zhì)量在幼穗分化期的一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長(zhǎng)的量與生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期的莖稈干質(zhì)量的比值范圍為9.11～13.75，以T1處理最低，為9.11，可能是由于T1處理延長(zhǎng)了谷子生育期，使其在幼穗分化期的最后一階段仍然保持較高的日平均莖稈干質(zhì)量增長(zhǎng)率。T4處理可能由于7月26日追施氮肥后顯著促進(jìn)其莖稈干質(zhì)量增長(zhǎng)。最后，各處理總干質(zhì)量在幼穗分化期的一級(jí)枝梗分化期至小穗剛毛分化期所增長(zhǎng)的量與生長(zhǎng)錐伸長(zhǎng)期的總干質(zhì)量的比值范圍為7.06～11.06，同樣以T2處理最低，T4處理可能由于7月26日追施氮肥后顯著提高其總干質(zhì)量增長(zhǎng)量。

張亞琦研究認(rèn)為，谷子在從拔節(jié)期向抽穗期的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，谷子株高增長(zhǎng)迅速，從抽穗期到成熟期，吸收養(yǎng)分緩慢，吸收量降低，株高將近最大值，沒(méi)有明顯增長(zhǎng)值[26]，本試驗(yàn)在株高動(dòng)態(tài)變化的研究中得出的結(jié)論與之一致，本研究在生物產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化方面的研究結(jié)果也與之相一致。馮夢(mèng)喜等研究發(fā)現(xiàn)，谷子干物質(zhì)積累主要集中在生長(zhǎng)中后期[28]，本研究結(jié)論與之相似。綜上所述，T1處理對(duì)谷子幼穗分化期的農(nóng)藝形狀有較好的積極作用，且使其株高低于對(duì)照處理。因此，T1處理能更好地調(diào)節(jié)谷子幼穗分化期的株高與生物量的變化情況。而T1時(shí)期追氮肥是否能夠起到蹲苗的作用還有待進(jìn)一步研究；T2處理對(duì)谷子幼穗分化期的農(nóng)藝性狀有負(fù)面影響，是否對(duì)谷子產(chǎn)生燒苗狀況還需繼續(xù)探討；T3、T4處理對(duì)谷子幼穗分化期的農(nóng)藝性狀明顯高于空白對(duì)照，是否對(duì)谷子出現(xiàn)狂長(zhǎng)的現(xiàn)象還未能得到結(jié)論。今后還將繼續(xù)在不同施肥時(shí)期是否會(huì)對(duì)谷子品質(zhì)性狀產(chǎn)生顯著影響方面進(jìn)行探討。

山西晉中地區(qū)種植晉谷21號(hào)時(shí)，株高在穗分化期的動(dòng)態(tài)變化呈現(xiàn)雙“S”形，追不追氮肥及不同追氮肥時(shí)期均會(huì)對(duì)穗分化期的各部分生物量產(chǎn)生顯著影響。且生物量的增長(zhǎng)趨勢(shì)與株高的增長(zhǎng)趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此在谷子栽培過(guò)程中可以通過(guò)合理調(diào)節(jié)施肥時(shí)期來(lái)影響幼穗分化期生物量與株高的變化情況，以利于谷子獲得較好農(nóng)藝、產(chǎn)量及品質(zhì)性狀。